Produktionstechnik audiovisueller Medien II (TH Köln)

Interlaced:
- Es werden Halbbilder generiert, bei denen jeweils immer eine Zeile übersprungen wird
- Wurde vor Allem bei analogen Systemen genutzt
Vorteile:
- Das Wahrnehmen von Flimmern auf dem Bildschirm ist nicht mehr so stark
Nachteile:
- Schnelle Bewegungen werden nicht richtig dargestellt (Halbbilder passen nicht zusammen --> "Zähnchen"-Bildung)

Progressive:
- Bei einem progressiven Signal werden Vollbilder generiert.
Vorteile:
- Es entstehen keine "Zähnchen"
- Schnelle Bewegungen sehen gut aus
Nachteile: 
- Es sind nur kleinere Framerates möglich

Weaving:
Beim Weaving werden zwei Halbbilder zu einem Vollbild zusammengesetzt und zweimal angezeigt. 
Vorteil: Framerate bleibt gleich
Nachteil: Vollbilder sehen evtl komisch aus, da Halbbilder nicht zusammenpassen

Skip-Field:
Beim Skip-Field-Verfahren werden alle Vollbilder aus jeweils einem Halbbild generiert. Dabei wird jede Zeile doppelt angezeigt, um auf die volle Auflösung zu kommen.

progrssive segmented Frame (psF): 
Sonderform bei der progressive Videos segmentiert werden und als Interlaced gespeichert werden. So kann im Nachhinein ein Interlaced-Video durch Weaving verlustfrei rekonstruiert werden.

Beispiel: 8 Bit
--> 2^8 = 256 mögliche Stufen

Datenrate = Quantisierung [bit] * Abtastrate [1/s]

Dabei setzt sich Quantisierung wie folgt zusammen:
Farbtiefe * Auflösung * Anzahl der Kanäle * Abtastung

Um die Datenrate von Signalen zu verkleinern wird oft eine Farbunterabtastung genutzt. Dabei wird das Signal in 3 Teile gesplittet. Luminanz + 2 Chrominanz-Kanäle.
Der Luminanzkanal wird in voller Auflösung dargestellt. Die Farbkanäle mit jeweils kleinerer Auflösung.

4:4:4 - keine Farbunterabtastung. Alle Kanäle haben die gleiche Auflösung
4:2:0 - vertikale und horizontale Unterabtastung. Jeweils jede zweite Zeile und Spalte nutzen die gleichen Farbwerte wie davor.
4:1:1 - horizontale Unterabtastung. Jede 4 Spalte beinhaltet Farbinformationen, die für die Pixel dazwischen genutzt werden.

Y = 0,299R + 0,587G + 0,114B
U = 0,493 (B-Y)
V = 0,877 (R-Y)

additiv: Pegel beider Signale wird addiert
nicht-additiv: Der jeweils höchste Pegel der Signale wird genutzt

Hartschnitt (Cut): Wechsel von einem Bild zum nächsten ohne Bilder zu vermischen.

Mix/Dissolve (Bildmischung): Beide Bilder laufen langsam ineinander. Einfache Blende.

Trickblende, Wipe (Teilfläche der Ausgangsbilder): Bilder liegen aufeinander und werden von links nach rechts oder anders herum ausfgedeckt.

Wipe mit Soft-Edge: Wie normaler Wipe. Übergang ist keine klare Kante sondern ein Verlauf.

Digital Video Effects: Alles ist möglich wie beispielsweise 3D-Effekte und so weiter.

Picture-in-Picture (PiP): Ein kleineres Bild wird innerhalb eines größeren angezeigt.

Stanzverfahren (Keying): Eine Refferenz im Bild wird genutzt, um den Rest auszustanzen und auf einen beliebigen Hintergrund zu legen. Es gibt versch. Verfahren.
1) Luminanz-Key - Helligkeitsinformationen werden genutzt.
2) Chroma-Key - Farbwerte werden genutzt. Traditionell Bluescreen (Analog), Greenscreen (Digital)

Linear-Key - Ein Teilbild im Vordergrund, bei dem der Hintergrund durchscheint. Beispiel: Bauchbinden

Down Stream Key - Keyer, der vor dem Ausgang des Mischers zum Einsatz kommt. Genutzt, um z.B. Logos anzuzeigen. 

Farbflächen - Kann genutzt werden, um Schatten oder Ränder von PiP zu generieren

Fade to Black - Ein Mix zu Schwarz

 

Editiervorgänge erfordern in der Regel die genaue Lokalisierung jedes Bildes. Dabei müssen Bild unf Ton synchron sein. 

Tape-Time: Beschreibt eine relative Zählung. Willkürlicher Startpunkt
Timecode: Absoluter und eindeutiger Wert.

Insgesamt 8 Ziffern mit jeweils max. 4 Bit codiert:

hh:mm:ss:ff

mit
h = Stunde
m = Minute
s = Sekunde
f = Frame

In der Praxis wird eine Kombination aus VITC und LTC genutzt, um beide Vorteile zu nutzen.
Vorraussetzung für fehlerfreies Zusammenspiel der Studioinfrastruktur: Absolute Synchronität der Bildgeneratoren --> Alle Geräte haben einen zentralen Studiotakt.
(Taktung unterscheidet sich bei SD und HD Signalen aufgrund der versch. Zeilenzahlen)

 

LTC = Linear (oder Longitudinal) Timecode

- Der LTC wird als Audiospur auf dem Band gespeichert
- wird auf Magnetband aufgezeichnet
- Kann kopiert werden, braucht aber wegen Signalverschleifung einen Refresh
- kann editiert werden, also das Band geschnitten werden
- Kann nicht ausgelesen werden, wenn das Band langsam läuft

VITC = Vertical Interval Timecode

- Aufzeichnung in der vertikalen Austastlücke des Videosignals
- kann auch bei stehendem band ausgelesen werden
- kann nicht unabhängig vom Videomaterial editiert/repariert werden

BITC = Burnt-In Timecode

kein wirklicher Timecode --> Timecode->Kennung in den Videobildern als Overlay

- wenig bis kein mechanischer Verschleiß
- robuster Datenträger
- beim Einsatz mit Schnittsystemen kann z.B. eine Festplatte direkt angeschlossen werden. Das Material muss nicht erst kopiert werden
- bandlose Camcoder verfügen meist über eingebaute einfache Editierfunktionen
- Es kann direkt von Camcoder aus gesendet werden -> Umschaltung zwischen Live-Kamersignal und Aufzeichnung ohne Zeitverzögerung möglich
- Einzel- oder Intervallaufnahmen möglich

- ist ein bandbasiertes System von Sony

- 1/2 Zoll Bandkassette
- Kompressionsfaktor ca. 2,3 : 1
- einziges im fiktionalen Bereich von ARD und ZDF akzeptiertes
bandbasiertes Anlieferungsformat für HD-Produktionen
- 4:2:2-YCbCr mit Videodatenrate von 440Mbit/s (SQ-Modus)
– 4:4:4-RGB mit Videodatenrate von 880Mbit/s (HQ-Modus)
- kann derzeit auf Band die geringsten komprimierten HD-Signale aufzeichnen
- Einsatz als High-End-Format, in Aufzeichnungen sowie im Mastering
- HDCAM SR auf HD-SDI --> 1080i/25 - 1080p/50 möglich

- filebasiertes Aufzeichnungsformat von Sony
- Aufzeichnung auf Porfessional Disk (ähnlich wie BlueRay)
- 4:2:2 Abtaststruktur mit Datenrate von 50Mbit/s
–  8 Bit Quantisierung
- Auflösung: 1920x1080 bei 1080i/25, 1280x720 bei 720p/50

- XDCAM EX
1920x1080 bei 1080i/25
1280x720 bei 720p/50
4:2:0 Abtaststruktur mit Datenrate von 35Mbit/s
8 Bit Quantisierung
genügt in der Regel nicht für professionelle Produktionen

- P2HD
1920x1080 bei 1080i/25
1280x720 bei 720p/50
4:2:2 Abtaststruktur mit Videodatenrate von 112Mbit/s
10 Bit Quantisierung
Mischung mit anderen Aufzeichnungsformaten ist möglich (z.B. XDCAM HD422)

- DNxHD
1920x1080 bei 1080i/25
1280x720 bei 720p/50
4:2:2 Abtaststruktur mit unterschiedlichen Videodatenraten
Orientierung aus Postproduktion -> im Gegensatz zu anderen beschriebenen Aufzeichnungsformaten
keine Transcodierung notwendig

- ProRes
von Apple entwickeltes file-basiertes Aufzeichnungsformat
verschiedene Auflösungen möglich
nicht alle ProRes-Varianten entsprechen aufgrund ihres Datenstromes den HD-Senderichtlinien der TV-Anstalten

Raw-Formate speichern Lichtstärken ohne Bearbeitung nach der Quantisierung

Vorteile: 
- Weißabgleich
- Rauschunterdrückung
- Kantenschärfung
- Farbraum
- Sensorempfindlichkeit
können auch nachträglich angepasst werden

Nachteile:
- Umwandlung in betrachtbare Bilder notwendig ("Debayering")
- Raw-Formate brauchen viel Speicher auf dem Datenträger

RedRAW:
- Kompressionsfaktor ca. 28 : 1 bis ca. 42 : 1
- verschiedene Auflösungen möglich
- max. Auflösung 4,5 K

ArriRAW:
- Nicht komprimiert --> Sehr hohe Videodatenraten
- max. Auflösung 3K

Shuffling:
umsortieren, Daten werden nicht in zeitlicher Reihenfolge, sondern nach Pseudozufallsreihenfolge verteilt geschrieben –> dadurch benachbarte Bildpunkte auf unterschiedlichen Stellen auf dem Band

bei Datenverlust (Band- oder Kopffehler) können einzelne Pixel aus benachbarten interpoliert
werden --> „Error Concealment“ (Verbergung)

DAS (Direct Attached Storage)
- direkt am Arbeitsplatz angeschlossenes Speichersystem

SAN (Storage Area Network)
- zentrales Speichernetzwerk zum Austausch sehr hoher Datenmengen in hoher Geschwindigkeit (bis 1,6 GB/s)

NAS (Network Attached Storage)
- Speicher wird über lokalen netzwerk angeschlossem (LAN). Versch. Rechner haben Zugriff auf Daten

Externe Festplatte

LTO (Linear Tape Open)
- 1/2 Zoll Bänder für die zuverlässige kostengünstige Langzeitarchivierung
- LTO10 nativ bis zu 48TB pro Band speicherbar

Cloud
- Zugriff von Überall

SD-Karten:
- SD, SDHC, SDXC, SDHC I, SDHC II
- Immer neue Versionen mit schnelleren Datenraten
- nicht rückwärts kompatibel
- Basiert auf FAT-Partitionen

Panasonic Speicherkarten:
- SD-Speicherbausteine zu je 4 Einheiten in einer Karte mit PCMCIA-Format verbaut

Sony Speicherkarten:
- hauptsächlich in Geräten der Reihe XDCAM EX zu finden

Redundanzreduktion:
- benachbarte Bildpunkte sind oft gleich oder ähnlich
- aufeinander folgende Bilder sind oft gleich oder ähnlich
--> Reduktion ohne Informationsverlust

Irrelevanzreduktion:
- das visuelle System toleriert bei der Reproduktion gewisse Abweichungen vom Original,
analoges gilt auch für das auditive System
--> Was man nicht sieht/hört kann man weglassen
--> Reduktion mit informationsverlust

GoP:
mind. ein Schlüsselbild: I-Frame
–  können ohne Bezug zu anderen Bildern (Frames) decodiert werden
–  weisen geringe Kompression auf, da praktisch als eigenständige "Standbilder" codiert

Bild aus (zeitl.) Prädiktion: P-Frame
–  werden in Bezug zu vorhergehenden I- oder P-Frames codiert
–  weisen mittlere Kompression auf, da nur Unterschiede zum Bezugsframe gespeichert werden müssen

Bild aus bidirektionaler Prädiktion: B-Frame
–  sind sowohl auf ein vorhergehendes als auch auf ein nachfolgendes I- oder P-Frame angewiesen
–  B-Frames dürfen nicht selbst als Referenz zur Codierung anderer Bilder benutzt werden
–  weisen hohe Kompression auf, da nur noch Unterschiede zwischen beiden Bezugsframes gespeichert werden müssen

KDO = Kommandoanlage
Ermöglicht Kommunikation zwischen versch. Gewerken

Gerät mit Mikro und Kopfhörer ausgestattet

Versch. Übertragungsansätze (LAN, Kabel)

Heute kaum noch aktuelle Geräte (da Apps und so weiter die Geräte ablösen)

Studiokamera:
- keine Rücksicht auf Gewicht, Energiebedarf --> höchste Signalqualität ist der Anspruch
- hochwertige Objektive
- großer Sucher
- externe CCU 

EFP-/EB-Kamera / Camcorder:
- leichte, tragbare Kamera
- wird genutzt für Industrie und Werbefilme, Dokumentationen

semiprofessionelle Kamera:
- seit Verfügbarkeit des DV-Aufzeichnungsverfahren
- teilweise geringere Auflösung
- durch geringes Gewicht sind ruhige Aufnahmen schwer umzusetzen

digitale Filmkameras:
- 2K Bildauflösung'
- mechanische Umlaufblende, auch um opt. Sucherbild auszuspielen
- Größe des Bildwandlers: ca. 35mm Bilddiagonale für geliche Schärfentiefe und um gleiche Objektive zu nutzen
- Identische Abstand zwischen Objektiven und Bild
- Lichtempf. und Kontrastumfang wie bei Medium Film

Spezialkameras:
- Actioncams (GoPro und so)
- High-Speed Kameras (Slomo)
- 3D-Rigs
- Multiview-Systeme 
- Trifokale Kamera

CCD = Charge Coupled Device (= ladungsgekoppelte Halbleiterelemente)

eine durch den Fotoeffekt im Halbleiter hervorgerufene elektrische Ladung wird in einen angekoppelten Speicher übertragen
–  Speicher kann mit bestimmter Abtastrate von der Verarbeitungselektronik ausgelesen werden

Verarbeitungselektronik kann versch. Ansätze haben: Interline Transfer, Frame Transfer, Frame Interline Transfer

Ortsauflösung des Röhrenbildwandlers wird wesentlich durch den Durchmesser des Elektronenstrahls auf der
fotoempfindlichen Schicht / der Signalplatte bestimmt 

–  daraus ergibt sich die effektive Apertur: Apertur begrenzt die höchste Signalfrequenz, die abgebildet werden kann
–  wirkt wie Tiefpassfilter
–  hohe Signalfrequenzen treten an scharfen Kanten auf, Signal wird verformt

Interline Transfer:
- In Bildabtastintervall werden Ladungen in vertikale Speicherelemente verschoben
- Anschließend werden die Ladungen zeilenweise in das Ausleseregister verschoben (eine horizontale Zeile)
- Arbeiten ohne mechanische Blende
- Bei starker beleuchtung kann es zu einem vertical smear kommen
- Bei modernen Sensoren keine großen Probleme aufgrund von On-Chip-Lens

Frame Transfer:
- Während Austastlücke werden Ladungen in Speicher übertragen
- Kein Smear-Effekt da Sensorbereich abgedeckt wird beim Verschieben der Ladung
- Frame wird während der aktiven zeilendauer seriell ausgelesen

Frame Interline Transfer:
- Kombination von IT und FT
- Erst in vertikale Spalten
- Dann sehr schnell in Speicherbereich übertragen
- Dann serielles Auslesen
- Kombiniert alle Vorteile
- hoher techn. Aufwand
- geringe pixeldichte aufgrund von vertikalen Ladungsträgern

 

Im Gegensatz zu CCD kann man beim CMOS-Sensor jedes Pixel einhzeln addressieren
--> kein Schieberegister notwendig (also IT, FT oder IFT)

Informationen müssen nicht durch den ganzen Sensor geleitet werden --> einfache Umschaltung zwischen Interlaced und Progressive möglich

Direkte verstärlung der Ladung im Bildpunkt --> SNR am größten

Nachteil:
- Transistoren beanspruchen viel Platz auf dem Sensor --> Als Lösung on-Chip-lenses notwendig
- Nicht alle Transistoren sind gleich in ihren Eigenschaften

- Beim Global Shutter wird im Gegensatz zum Rolling Shutter der gesamte Sensor belichtet.
- elektronischer Shutter
- Ladung der Belichtungszeit des ersten Halbbildes wird verworfen
- Nur die Ladung des zweiten Halbbildes wird genutzt

--> Es ist möglich die Frequenz stufenlos zu regeln --> man kann z.B. monitore aufnehmen ohne Interferrenz

Black-Shading:
- unregelmäßige Helligkeitsverteilung trotz gleichmäßiger Belichtung
- Ausgelöst durch große Dunkelströme einzelner Pixel

White-Shading
- unregelmäßige Helligkeitsverteilung trotz gleichmäßiger Belichtung
- Verursacht durch Helligkeitsabfall am Bildrand

Flare:
- unregelmäßige Aufhellung des Bildfeldes
- ausgelöst durch Streulicht im Objektiv

Infrarotfilter:
verhindert den Einfluss von infrarot-Strahlung auf dem Sensor

optischer Tiefpassfilter:
zu Defokussierung (verhindert Aliasing-Artefakte)

Konversionsfilter (CC-Filter):
Anpassung der Farbtemperatur

Neutraldichtefilter (ND-Filter):
Ampassung der Lichtmenge, die dem Sensor trifft --> Helligkeit nimmt ab

ein gemeinsamer Bildsensor, der alle drei Farbsignale aufnimmt
Mit Farbfilter überzogener Sensor: Beyer Motiv

Grünanteil höher, da Empfindlichkeit für Kontrast- und Helligkeitswahrnehmung des Auges in diesem Bereich höher ist.

Nachteil: Weniger örtliche Auflösung 

Trennung von Luminanz und Farbanteilen durch halbdurchsichtige Spiegel

Vorteil: 
hohe örtliche Auflösung durch Luminanzkanal

Nachteil:
hoher Lichtbedarf wegen Spiegeln